الترميز الفيديو الأساسي (MPEG-5 EVC): المعيار الفيديوي الجيل التالي الصديق للأعمال

مع استمرار منصات البث، والمذيعين الرقميين، وشبكات الهواتف المحمولة في توسيع توصيل المحتوى عالي الدقة (4K، 8K، وHDR)، فإن كفاءة ضغط الفيديو لا تمثل سوى نصف المعركة. عدم اليقين بشأن الترخيص وتعقيد عوائد براءات الاختراع قد أعاق تاريخيًا تبني الترميزات عبر صناعة الإعلام. لحل هذه العقبة، طورت مجموعة خبراء الصور المتحركة (MPEG) Essential Video Coding (EVC)، والتي تم تعيينها رسميًا كـ ISO/IEC 23094-1 (MPEG-5 Part 1).

تم الانتهاء منه في عام 2020، يوفر MPEG-5 EVC إطارًا مبسطًا وعالي الأداء لضغط الفيديو صُمم بنماذج ترخيص شفافة ومتوقعة لتلبية المتطلبات التجارية والتقنية الحديثة.

1. ما هو الترميز الفيديو الأساسي MPEG-5 (EVC)؟

ترميز الفيديو الأساسي (EVC) هو معيار ضغط فيديو متقدم تم إنشاؤه بواسطة MPEG لخدمة البث الإعلامي الحديث، والبث التلفزيوني، ومنصات الـ Over-The-Top (OTT). على عكس معايير الجيل السابق التي كان مشهد براءات الاختراع المعقد يعيق النشر، تم تصميم EVC حول ملفين تشغيليين محددين بوضوح:

• Baseline Profile: طبقة خالية تمامًا من العوائد تم بناؤها بدقة باستخدام تقنيات إما أقدم من 20 سنة أو تم المساهمة بها بإعلانات غير قابلة للإلغاء خالية من العوائد.
• Main Profile: طبقة عالية الأداء تدمج مجموعة مختارة من أدوات الضغط المتقدمة المصممة لمطابقة أو تجاوز كفاءة HEVC (H.265)، حيث يمكن تمكين أو إيقاف كل أداة مملوكة بشكل فردي إذا ظهرت مشكلات ترخيص.

يوفر EVC توازنًا نظيفًا بين معدل معالجة حسابية عالي، وضغط عرض نطاق استثنائي، وشفافية الملكية الفكرية.

2. الخصائص الرئيسية لـ MPEG-5 EVC

المزايا الاستراتيجية الأساسية:

1. تخفيف مخاطر الملكية الفكرية: تضمن برك الترخيص الشفافة أن يتمكن موفرو البث من نشر ضغط الجيل التالي دون دعاوى حقوق ملكية مفاجئة.
2. تبديل الأدوات المعيارية: يمكن تشغيل أدوات الترميز المتقدمة في الملف الرئيسي بشكل فردي دون إبطال توافق تدفق البت العام.
3. صديق للأجهزة والبرمجيات: مصمم منذ البداية لتنفيذ برمجيات سريع ومتعدد الخيوط على معالجات الحواسيب المكتبية/المحمولة وتنفيذ ASIC بسيط.

3. الميزات التقنية المتعمقة لـ EVC

تحسّن بنية EVC خط أنابيب الترميز الفيديو الهجين القائم على الكتل الكلاسيكي من خلال ابتكارات خوارزمية حديثة عبر كلا الملفين التعريفيين:

أ. بنية ملف تعريف ذات مستويين

• الملف التعريفي الأساسي: يقدم كفاءة ضغط مماثلة لـ H.264/AVC (يقدم جودة بصرية متساوية مع توفير تقريبًا 30% في معدل البت مقارنة بالأسس القديمة لـ AVC) مع الحفاظ على حالة خالٍ من الرسوم صارمة.
• الملف التعريفي الرئيسي: يضيف ما يصل إلى 26 أداة ترميز متقدمة تعزز كفاءة الضغط لتطابق أو تتفوق على HEVC (H.265) بنحو 25% إلى 30% عند جودة ذاتية متطابقة.

ب. تقسيم الكتل المرن (الأشجار الثنائية والثلاثية)

• يستخدم بنية وحدة شجرة الترميز (CTU) تدعم أحجام كتل كبيرة تصل إلى $64 \times 64$ (وحتى $128 \times 128$ في الأطر الموسعة).
• يستبدل تقسيمات شجرة رباعية الصلبة بتقسيمات مرنة شجرة ثنائية (BT) و شجرة ثلاثية (TT)، مما يمكّن المشفر من تقطيع الكتل على طول متجهات الحركة الحقيقية وتضاريس الصورة غير المنتظمة.

ج. أوضاع التنبؤ الداخلي المتقدمة

• يوسع التنبؤ الداخلي التقليدي لتوفير زوايا اتجاهية واسعة وأنماط مستوية.
• يستخدم التنبؤ الداخلي المتقدم (AIP) وتقسيم الكتل الفرعية الداخلية في الملف الشخصي الرئيسي لنمذجة أنماط المقدمة المعقدة وتدرجات الخلفية الدقيقة دون حدوث تشوهات الكتل.

د. تحسين التنبؤ البيني وتنعيم الحركة

• تعويض الحركة المتجانسة: يتنبأ بفعالية بالديناميكيات المعقدة للحركة مثل التكبير، التشويه المنظوري، والحركة الدورانية.
• وضع الدمج مع فرق المتجه الحركي (MMVD): يجمع بين مرشحات دمج الحركة القياسية مع اختلافات صغيرة في متجهات الحركة لإشارة حركة فائقة الكفاءة.
• دقة المتجه الحركي المتكيف (AMVR): تمكّن المشفر من تبديل دقة الحركة ديناميكياً بين ربع بكسل، بكسل كامل، ودقة 4 بكسل حسب تعقيد الفيديو.

ه. مرشحات المعالجة اللاحقة داخل الحلقة

• مرشح إزالة الكتل (DBF): يزيل الانقطاعات على الحدود على طول حواف الكتل.
• المرشح المتقدم داخل الحلقة (ALF) ومرشح نطاق تحويل هادامارد (HTDF): يتميز الملف الشخصي الرئيسي بمرشحات حلقة متطورة تعيد بناء تفاصيل النسيج عالية التردد، وتقلل ضوضاء الضغط عند معدلات البت المنخفضة.

4. كيفية إنشاء وترميز ملفات EVC

يتم إنشاء تدفقات فيديو EVC باستخدام مكتبة XEVE (مُشفّر الفيديو الأساسي فائق السرعة) المفتوحة المصدر الرسمية أو إصدارات حديثة من FFmpeg مُكوَّنة مع libxeve.

الطريقة 1: استخدام مشفر XEVE CLI المستقل

1. استنساخ وتجميع مستودع XEVE:

git clone https://github.com/mpeg5/xeve.git
cd xeve && mkdir build && cd build
cmake .. && make

2. ترميز فيديو YUV الخام إلى تدفق بت EVC:

# Baseline Profile (Royalty-Free)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p baseline -o output_baseline.evc

# Main Profile (High Compression)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p main --preset medium -q 28 -o output_main.evc

الطريقة 2: ترميز EVC باستخدام FFmpeg (libxeve)

إصدارات FFmpeg الحديثة (المُجمَّعة مع --enable-libxeve) تسمح بالترميز خطوة واحدة مباشرةً من مصادر MP4 أو MKV أو ProRes:

ffmpeg -i input_video.mp4 -c:v libxeve -xeve-params "profile=main:preset=medium:qp=28" -c:a aac output_evc.mp4

5. كيفية فتح وتشغيل ملفات فيديو EVC

نظرًا لأن EVC مصمم للمعماريات الحديثة، فإن فك الترميز مدعوم عبر مفككات البرمجيات ومجموعات تشغيل الوسائط:

1. استخدام XEVD الرسمي (مُفكّك الفيديو الأساسي فائق السرعة)

المفكك المفتوح المصدر الرسمي من MPEG يقوم بفك ترميز تدفقات .evc الخام إلى فيديو غير مضغوط مرة أخرى:

git clone https://github.com/mpeg5/xevd.git
cd xevd && mkdir build && cd build && cmake .. && make
./xevd_app -i output_main.evc -o decoded.yuv

2. فك الترميز والتشغيل باستخدام FFmpeg / FFplay

إذا تم بناء بيئة FFmpeg الخاصة بك مع --enable-libxevd، يمكنك فك ترميز أو معاينة تدفقات فيديو EVC مباشرةً:

# Playback using FFplay
ffplay -vcodec libxevd output_main.evc

# Transcode EVC to standard H.264/MP4 for wide viewing
ffmpeg -c:v libxevd -i output_main.evc -c:v libx264 -c:a copy output_preview.mp4

3. مشغلات الفيديو المتكاملة

يمكن تشغيل تدفقات EVC المدمجة في ملفات .mp4 أو .mkv القياسية باستخدام إصدارات مخصصة من MPV أو مشغلات وسائط تتضمن LAV Filters المحدثة التي تدعم libxevd.

مقارنة EVC vs. HEVC vs. VVC vs. AV1

الأسئلة المتكررة (FAQ)

**Q1: ما هو الهدف الرئيسي من تطوير MPEG-5 EVC؟ A1: تم إنشاء EVC لتوفير ضغط فيديو من الجيل التالي مع ترخيص قابل للتنبؤ وشفاف وملف تعريف أساسي خالٍ من الحقوق.

**Q2: كيف يختلف ملف تعريف EVC Baseline عن ملف تعريف Main؟ A2: ملف التعريف الأساسي خالٍ تمامًا من الحقوق باستخدام تقنيات قديمة ومثبتة، بينما يضيف ملف تعريف Main أدوات متقدمة قابلة للتبديل لتحقيق أقصى كفاءة ضغط.

**Q3: ما هي الأدوات المفتوحة المصدر المستخدمة لتشفير وفك تشفير فيديو EVC؟ A3: يُستخدم XEVE (مُشفّر الفيديو الأساسي فائق السرعة) للتشفير، بينما يتولى XEVD (فكّ تشفير الفيديو الأساسي فائق السرعة) عملية فك التشفير.

**Q4: هل يمكن حزم MPEG-5 EVC في صيغ حاويات الفيديو القياسية؟ A4: نعم، يمكن دمج تدفقات البت الخاصة بـ EVC في صيغ حاويات وسائط شائعة بما في ذلك MP4 (.mp4)، Matroska (.mkv)، وتدفقات النقل MPEG.

**Q5: كيف تقارن كفاءة ضغط EVC بـ HEVC (H.265)؟ A5: في ملفه الرئيسي، يحقق EVC جودة بصرية مساوية لـ HEVC مع تقليل إضافي يتراوح بين 25% إلى 30% في معدل البت الكلي.

الخلاصة

يُعالج MPEG-5 Essential Video Coding (EVC) التحديات التجارية والعملية التي كانت تاريخيًا تُبطئ اعتماد الترميزات الجيلية القادمة. من خلال الجمع بين طبقة Baseline المضمونة خالية من الحقوق وملف Main Profile عالي الكفاءة وقابل للتعديل، يقدم EVC لخدمات بث الفيديو ومشغلي البث ومطوري البرمجيات توازنًا مثاليًا بين الأداء التقني، وسرعة المعالجة، وشفافية الملكية الفكرية.

المراجع

• EVC: MPEG-5 ترميز الفيديو الأساسي (EVC)